《有机化学》绪论

,(化学与制药工程学院),有机化学,organicchemistry,为什么有机物的数量比无机物多这么多？,有机化学碳化合物的化学,凭什么一个C就能成为一门独立学科？,1、与人类关系密切2、数量众多3、性质特点不同于无机物,有机物上千万种无机物几百万种每年新增有机物几千种,有机物结构繁杂！,结构,学习有机化学的方法,理解的基础上记忆的必要性；在有机化学中,涉及到大量的化合物的结构特性、理化性质以及各化合物之间的关联,很难想象,如果不花时间去记忆的话,是很难取得好成绩的。掌握结构的特点；从结构上理解化合物的反应性就容易记住；掌握一般规律，也要记一些重要的特殊性质；勤学好问;很高兴总有能问问题的人。如果一个人学了一本有机化学觉得没什么好问的话,有两种可能,要么是天才,要么就是没有用心的学。但很多人问的问题其实课本中就有答案,为什么找不到?看书太马虎(希望带着问题精研教材)。独立完成习题的重要性；很多人抱怨,知识点能记得,也能理解,但遇到题目就不会,或者是题目讲的时候都知道,就自己做不出。这就是缺乏习题训练的结果。,1.1有机化合物(organiccompounds)及有机化学的涵义；1.2有机化合物的结构和特点；1.3共价键的理论(掌握共价键断裂方式)；1.4有机物的分类。1.5有机化学中的酸和碱,1.1有机化合物及有机化学的涵义,一、有机化合物,有机化合物中除C、H以外,还含有O、N、S、P、卤素等少数几种元素。,含碳的化合物(除CO、CO2、CS2、HCN、碳酸盐等):,1828年,维勒由氰酸铵(典型无机物)制成尿素(典型有机物),柠檬酸苹果酸,碳氢化合物(烃hydrocarbons)及其衍生物(derivative),有机化合物与人们的生活密切相关、种类繁多。,A.生物体由有机物构成;动植物结构组织的蛋白质和纤维素、控制遗传基因的DNA;吃的食物;穿的衣服(纤维);吃的药物、补品B.建筑材料;汽油;轮胎(橡胶);塑料、农药、香料等C.日用品(洗涤剂、杀虫剂、化妆品等等),脑白金,感冒药物,快克、康泰克、白加黑、康必得、速效感冒胶囊、泰诺主要成份为对乙酰氨基酚,对乙酰氨基酚能抑制前列腺素的合成而产生解热作用,乙醛脱氢酶,关于喝酒的那点事儿,有机化合物与人们的生活密切相关、种类繁多。,酒被人体摄入,乙醛,使毛细血管扩展扩张,乙醇脱氢酶氧化,乙醇脱氢酶活跃,一喝就红,乙醇脱氢酶不足,延迟变红,肝内单加氧酶缓慢氧化,越喝脸越白,主要靠体液去稀释乙醇,乙酸,三羧酸循环,CO2+H2O+Energy,乙醛脱氢酶不足,醉酒症状:心跳加快、恶心,有的人喝酒会脸红,有的人喝酒脸会发白,有的人能喝酒,有的人喝一点就会醉,到底是什么原因造成了如上这些现象呢?,酒神!体内既有足量的高活性乙醇脱氢酶,也有足够乙醛脱氢酶的人,分子式的表示方法简介,短线构造式:,CH3CH2CH2CH3,构造简式:,键线式(Bond-lineformula):,CH3-CH2-CH2-CH3,注意扩展表示,CH3(CH2)2CH3,构造式分子中原子的连接方式和次序。,分子式的表示方法简介,楔形图:表示立体效果,锯架式:用于表示构象,重叠式,交叉式,二、有机化学,有机化学研究的对象是有机化合物。,研究有机物制备(preparation)、结构(structure)、性质(property)及其应用(application)的科学。,有机化学意义：是研究生物体及生命现象的基础!,有机化学是一门迅速发展的学科,1.2有机化合物的特点,一、有机化合物结构的特点,1、分子组成复杂,数量大,有机化合物组成元素少,但是数量远远超过了无机化合物的数量,并且结构复杂。,同分异构体:具有相同的分子式,结构和性质不同的化合物。,同分异构现象：具有同分异构体这种现象。,例如：C5H12,10C：75种,20C：366,319种,又如C2H6O,有乙醇C2H5OH、甲醚CH3OCH3两种分子,无机化合物：一般一个分子式只代表一个化合物，如：H2SO4只代表硫酸。,构象p23,构造p2,分子结构,立体异构体,分子中原子的连接顺序和方式,分子中,仅因围绕-单键旋转而产生的原子或原子团在空间的不同排列形象,同分异构体:具有相同分子式,结构和性质不同的化合物,构型,分子中的各原子或原子团在空间的排列方式,有机化合物的分子结构包括三个层次:即构造、构型、构象。,确定一个有机物的结构:构造构型构象!,碳架异构体:因碳架不同而引起的异构体,如:,位置异构体:由于官能团在碳链或碳环上的位置不同而产生的异构体,如:,官能团异构体:由于分子中官能团不同而产生的异构体。,构造异构体:原子间连接顺序和方式不同而引起的异构体,C3H6O:丙醛丙酮,C6H12：,互变异构:分子式相同的两种构造式可以迅速互变平衡的现象.烯醇式(-OH在双键C原子上)与酮式互变p71,构造异构体:原子间连接顺序和方式不同而引起的异构体,20%,80%,不稳定,很少,互变异构是一种动态异构,构型异构体:构造相同,原子在空间排列方式不同,顺反异构：因双键和环使键转动受限制引起的同分异构,对映异构:两分子互为镜像但不能重叠,手性分子,构象异构体:,构造、构型相同,仅因-单键的旋转使原子在空间排列方式不同p23,碳架(链)异构体官能团异构体官能团位置异构体互变异构体p71,构型异构体构象异构体:p23,顺反异构体p44对映异构体(旋光异构),构造异构体p2,同分异构体,立体异构体,(原子的连接顺序和方式不同),(构造相同的分子,原子在空间的排列方式不同),仅因-单键的旋转,同分异构体:具有相同分子式,结构和性质不同的化合物,确定一个有机物的结构:构造构型构象!,确定一个有机物的结构:构造构型构象!,DNA的螺旋链,分子式:C129H223N3O54可能的异构体271个。,海葵毒素：,其毒性比河豚毒素还要大10倍。这是至今认为通过化学合成的最大的天然产物分子。,二、有机化合物性质的特点,2、容易燃烧大多数有机化合物容易燃烧,燃烧后生成二氧化碳和水,同时放出大量的热。,3、对热的稳定性差大多数有机化合物在200-300oC。,4、熔点、沸点低许多数有机物在室温下呈气态或液态,即使常温下呈固态的有机物其熔点一般也很低。(m.p.spsp2sp3p,2)元素化合价与电负性的关系,(正)价态越高,得电子的趋势越大,其电负性越大。Fe2+(P=1.7)Fe3+(P=1.8),3、电负性()的应用:,3)基团电负性:周围原子的诱导作用(效应)对电负性的影响,如-CH3与-CF3基团中的C电负性不同,卤素基团(-X)与羟基的电负性大小:-F-Cl-Br-I-OH,(1)判断元素的金属性和非金属性。一般认为,1.8的是非金属元素,小于1.8的是金属元素。,(2)判断化合物中元素化合价的正负。,(3)判断分子的极性和键型。1.7的两种元素化合时,形成离子键。,三、元素的电负性与键的极性,更多关于电负性的知识参见高等无机化学(关鲁雄主编),xHxC,F的吸电子能力强使得C带部分正电荷(+),故电负性增大;,基团的电负性与原子的电负性比较实例(不讲),问题1:在涉及到诱导效应的内容时,有个关于基团的电负性排序.排在H之前的都为吸电子基团,排在H之后的都为给电子基团。该排序中有一部分为-X的吸电子能力大于-OH,可表示为-F-Cl-Br-I-OH。问题2:烯烃与次卤酸HOCl进行亲电加成时,O-Cl键断裂,由于O的电负性(3.5)大于Cl的电负性(3.0),故电子云朝O偏移,使O带部分负电荷,Cl带有部分正电荷。综观问题1和2,有人会疑问:既然问题2中说O的电负性即吸电子能力大于Cl,那么为什么在问题1中Cl的电负性会大于-OH呢？要想解决这个问题,我们必须要弄明白这里实际上涉及到了基团的电负性与原子的电负性这样两个概念。在诱导效应中,计算的是基团的诱导效应,从基团的吸电子能力上看,-X要大于-OH。而在问题2中,涉及键的断裂时,考虑的是原子的电负性,而O原子的电负性要大于Cl原子,因此O带负电。这是两个不同的概念。,分子中以共价键相连的原子吸引电子的能力是不同的。电负性大吸引电子能力大。电负性小吸引电子能力小。,相同两原子形成的共价键，电子云对称分布在两核中间无极性。如：HHClCl,(非极性共价键),表示带有部分的正电荷。表示带有部分的负电荷。,不相同的两个原子形成的共价键有极性。,(极性共价键),三、元素的电负性与键的极性,共价键极性的大小是用键的偶极矩来量度的。键的极性大，偶极矩大。键的极性小，偶极矩小。,分子的偶极矩可以是分子本身所固有的，也可在外界电场作用下产生,前者称为分子的永久性偶极矩,后者称为诱导偶极矩。,双原子分子的极性就是其键的极性，多原子分子的极性是各个价键极性的矢量和。,三、元素的电负性与键的极性,键的可极化性电子云受外来电场影响而变形的特性p54,电子云的流动性对动态反应性能影响更大,键的极化只在反应是时候体现!与键的极性概念不同!,三、元素的电负性与键的极性,1.4有机物的分类p11,2)碳环化合物:完全由碳原子组成的碳环结构的化合物,一、按碳架分类,1)开链化合物(脂肪族化合物:碳原子相互连接成链状),A、脂环族化合物:性质与脂肪族化合物相似,桥环烃,环己烷环己烯,3)杂环化合物:碳原子和其它原子(O、S、N)组成环,B、芳香族化合物(同平面环闭共轭体系),喹ku啉,呋喃,噻吩,吡啶,嘌呤,咪唑,萘,共轭体系:单双键交替的体系,四氢呋喃,稠环,上述分类不能反映各类化合物的性质特征,脂环,芳环,课堂练习,以下化合物按碳骨架分属于哪一类？,以上分类只是从有机物母体(或碳干)形式分,并不反映其性质,实际也不反映其结构本质。,二、按官能团分类P13,官能团:能赋予有机化合物某些特性、易起化学反应的原子或原子团,称为官能团;含有相同官能团的化合物往往具有相似的性质,可归为一类,反应性质主要由官能团决定！,透彻了解各种官能团的特性,是识别有机化合物和学好有机化学课程的关键!,无,(碳碳双键),CC(碳碳三键),X(卤素),OH(羟基),ROR(醚键),CHO(醛基),C=O(羰基),COOH(羧基),COOR(酯基),乙酸,CH3-COOH,羧基,-COOH,羧酸,丙酮,CH3COCH3,羰基,C=O,醛和酮,乙醇,C2H5-OH,羟基,-OH,醇和酚,溴乙烷,C2H5-Br,卤素,-X(F,Cl,Br,I),卤代烃,乙炔,H-C三C-H,三键,-C三C-,炔烃,乙烯,H2C=CH2,双键,C=C,烯烃,实例,官能团名称,官能团式子,化合物类别,二、按官能团分类不要,官能团:能赋予有机化合物某些特性、易起化学反应的原子或原子团,称为官能团;含有相同官能团的化合物往往具有相似的性质,可归为一类,乙胺,C2H5NH2,氨基,-NH2,胺,按官能团分类,有机化学学什么?怎么学?,化学性质,命名,结构,写出,写出,系统命名,平面结构和立体结构,说明,推测,反应历程,合成,鉴别,官能团,典型化合物举例,苯磺酸,硝基苯,苯胺,酰氯,酸酐,酯,酰胺,氯原子,酰氧基,烷氧基,氨基,吡啶,苯,芳香环,1.5有机化学中的酸和碱p8,1.5.1Brnsted(布郎斯特)酸碱质子理论,定义：酸：给出质子的分子或离子碱：接受质子的分子或离子,两性电解质(两性物)既能给出质子,又能接受质子的分子或离子,称为“两性电解质”,简称“两性物”。,酸碱共轭关系:,共轭酸碱对(只差一个质子！):,酸H+碱,注意:1)H+本身既不是酸也不是碱,它是酸碱之间传递的物质.2)酸越强,其共轭碱越弱;碱越强,其共轭酸越弱。,Lewis酸:具有空轨道原子的分子或正离子,Lewis碱:具有未共用电子对原子的分子或负离子,1.5.2Lewis酸碱理论,Lewis酸(Lewisacids):能够接受未共用电子对的分子或离子Lewis碱(Lewisbases):能够给出电子对的分子或离子,A+:B=A:B(路易斯酸碱加合物),例如:乙醇可看成酸(CH3CH2+)和碱(OH-)的配合物,H+、Fe3+、Ag+、Li+、Mg2+、R+(碳正离子)、,具有强极性双键的分子,如羰基：,路易斯酸碱理论,加合物1,加合物2,较稳定,Lewis碱1,较强,Lewis碱2,较弱,注意:路易斯碱包括质子碱,但路易斯酸却并不总是与质子酸一致！,更多关于路易斯酸碱的